饥饿的水果苍蝇是极端的ultramarathon fliers - 可以旅行600万次他们的身体长度

在莫哈韦沙漠中释放和重新夺回苍蝇

测量水果飞的顶级速度的实验涉及释放成千上万的果蝇,并用苹果汁的香鸡尾酒诱发它们。苍蝇大约需要16分钟才能旅行一公里。完全喂养,这些果蝇可以连续三个小时飞行,这意味着昆虫可以在单程中覆盖12至15公里的距离。信用:Floris Van Breugel

寻找食物,飞行可以六百万次体格。

2005年,80小时内连续560公里(350英里)连续560公里(350英里),而不睡觉或停止。该距离大约是跑步者的体长度的324,000倍。然而,根据Caltech的新研究,这种极端壮举的舞曲与果蝇可以在单一航班中旅行的相对距离相比。

卡特克科学家们现在发现,果蝇可以在单一的旅程中飞往15公里(约9英里)的身体长度,或者相当于平均人类超过10,000公里。与身体长度相比,这比许多鳄鱼种类进一步可以在一天中飞行。为了发现这一点,团队在加利福尼亚州莫哈韦沙漠的干燥湖床中进行了实验,释放苍蝇并将它们诱发到含有发酵汁的陷阱,以便确定其顶级速度。

该研究是在Michael Dickinson,Esther M.和Abe M. Zarem Bioangineering和Abementical和Biological Engineering执行官教授的实验室进行的。yabo124描述该研究的论文出现在期刊中国家科学院的诉讼程序4月20日。

这项工作受到了长期的悖论,该悖论在20世纪40年代被Theodosius Dobzhansky和其他研究的人口遗传学的先驱果蝇美国西南部的物种。Dobzhansky和其他人发现,千公里分开的飞行群体出现得比近距离解释的比较相似,因为他们的微小苍蝇实际旅行的差异很容易解释。实际上,当生物学家会释放苍蝇户外时,昆虫通常只会在短距离圈子中嗡嗡作响,就像他们在厨房里一样。

苍蝇在野外出去时表现得不同,寻找食物吗?在20世纪70年代和80年代,一群人群遗传学家试图通过涂覆数十万苍蝇在荧光粉中涂覆数百只苍蝇并在死亡谷中释放它们来解决这一悖论。值得注意的是,本集团在第二天中检测到腐烂香蕉的铲斗中的一些荧光苍蝇。

“这些简单的实验提出了如此多的问题,”迪金森说。“它需要多长时间飞行?他们只是在风中吹来吗?这是一个意外吗?我多次阅读了那篇文章,发现它非常鼓舞人心。没有人试图以一种方式重复实验,这使得可以测量苍蝇是风的,他们飞行有多速度,他们可以真正走得很远。“

测量如何与风互动的苍蝇,团队设计的“释放和重新捕获”实验。由前博士后学者Kate Leitch领导,团队乘坐几步旅行到Coyote Lake,一个干燥的湖床,距离莫哈韦沙漠的Caltech 140英里,有数十万普通的实验室果蝇,果蝇黑胶基在拖曳。

目的是释放苍蝇,将它们引诱到设定位置的陷阱,并测量昆虫在那里飞行多长时间。为此,团队在圆环中设置10个“气味陷阱”,每个沿着释放站点周围的一公里半径定位。每个陷阱都含有诱使发酵苹果汁和香槟酵母的诱饵鸡尾酒,一种产生二氧化碳和乙醇的组合,这对果蝇不可抗拒。陷阱也各自具有相机,并用单向阀构造,使得苍蝇可以爬到垃圾夹到鸡尾酒中但不退出。此外,研究人员建立了一个气象站,以在整个实验中测量释放场地的风速和方向;这表明苍蝇的飞行是如何受风的影响。

因此,不要干扰他们的飞行表现,团队没有用荧光粉等标识符涂覆苍蝇。那么他们是如何知道他们正在捕捉自己的水果苍蝇的?在发布之前,团队首先放置陷阱并随着时间的推移检查它们,发现虽然D. Melanogaster.在Mojave内的日期农场找到,在Coyote湖中非常罕见。

该团队释放的苍蝇最初是在水果架上收集的,然后在实验室中提出,但它们并未以任何方式转基因。该团队在接受土地管理局的许可证后进行了实验。

在实验时间,该团队将铲斗驱动到陷阱圈的中心。铲斗含有大量的糖,因此昆虫将完全充满活力;然而,它们没有蛋白质,使苍蝇能够寻找富含蛋白质的食物的强大驱动器。该团队估计,苍蝇无法闻到戒指中心的陷阱,强迫他们分散和搜索。

在确切的时间内,圆圈中心的团队成员同时打开铲斗并快速释放苍蝇。

“留在戒指中心的人打开所有桶的盖子见证了相当奇观,”莱奇说。“它过去挺美。有这么多的苍蝇 - 这很多你被呼呼的无人机所淹没。其中一些人会降落在你身上,往往爬在你的嘴巴,耳朵和鼻子里。“

该团队在各种风力条件下重复了这些实验。

第一个果蝇花了大约16分钟,以覆盖一公里以到达陷阱,对应于每秒约1米的速度。该团队将这种速度解释为下限(也许这些第一个苍蝇在释放后有点圆圈嗡嗡作响,或者在完全直线上没有飞行)。从实验室之前的研究表明,完全喂养的果蝇有能量连续飞行长达三个小时;外推,团队得出结论D. Melanogaster.在单架飞行中可以飞行大约12到15公里,甚至可以进入一个温柔的微风,如果通过尾风辅助,进一步进一步。该距离约为果蝇的平均体长度约为600万次(2.5毫米或十分之一英寸)。作为一个类比,这就像平均人类覆盖在单一的旅程中只有超过10,000公里的人 - 大致远距离北极到赤道。

“这些小果蝇的分散能力被大大低估了。他们可以在单程飞行中远远超过大多数候鸟。这些苍蝇是标准的实验室模型生物体,但它们几乎从未在实验室之外进行过研究,因此我们几乎没有想到他们的飞行能力是什么,“狄碧森说。

2018年,狄金森实验室发现了这一点果蝇使用太阳作为地标为了在直线上飞行寻找食物;漫无目的地在圈子中飞行可能是致命的,因此能够有效地导航的进化有益。在完成本研究中描述的发布实验之后,该团队提出了一种模型,表明每次飞行随机选择方向,使用太阳直线直接在该方向上飞行,并仔细规范其前进速度,同时允许自己被横向吹来风。这使其能够覆盖尽可能多的距离,并提高其将遇到来自食物来源的气味的可能性。该团队将其模型与传统的随机昆虫分散模式进行了比较,发现他们的模型可以更准确地解释沙漠释放的结果,因为苍蝇的倾向保持一旦释放的持续标题。

虽然D. Melanogaster.已经与人类共同发展,这项工作表明,苍蝇大脑仍然包含古代行为模块。狄金森解释说:“对于任何动物,如果你发现自己在不知名的地方,你没有食物,你会怎么做?你只是跳了一下,希望你找到一些水果吗?或者你说 - ''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''')。“这些实验表明,这就是苍蝇所做的。”

该研究对运动生态领域具有更广泛的影响,研究人口如何在世界各地移动,基本上将生物量转移到其他动物。事实上,在他们早期预发布实验期间检查当地人口果蝇,该团队几次捕获了一种侵入性的飞行,斑点 - 翼果蝇(果蝇铃木),这导致西海岸的大量农业损害。

“我们在不知所措的中间设立了这些陷阱,而不是中央山谷,在那里会有食物的领域,仍然发现这些农业害虫巡航,”迪金森说。“看到这些引入的物种可以使用简单的导航策略旅行有多么可怕。”

参考文献:“果蝇的长途飞行行为支持昆虫的昆虫辅助分散的基于代理的模型”,“凯瑟琳J. Leitch,Francesca V. Ponce,William B. Dickson,Floris Van Breugel和Michael H. Dickinson,2021年4月20日,国家科学院的诉讼程序
DOI:10.1073 / PNAS.2013342118

本文标题为“长途飞行行为果蝇支持昆虫中的风辅分散基于代理的模型。“除莱奇和狄金森外,还有额外的共同作者是Francesca Ponce,William Dickson,以及前狄金森实验室博士学位学者Floris Van Breugel(博士·弗莱吉尔(博士),现在是内华达大学的Reno)。西蒙斯基金会和国家科学基金会提供资金。Dickinson是Chartech的天桥和Chrissy Chen Chen Chen Chen Courtitute院长。

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